JP2023046594A - 排気管 - Google Patents
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Abstract
【課題】排気管内に直接噴射された液体が排気管の壁面に付着することを防止する排気管を提供する。【解決手段】筒状を成す管部１１と、管部１１の中途位置で管部１１の内部に先端部が突出するとともに外部に末端部が突出した柱状を成す取付部１２と、が一体化した二股状を成し、取付部１２が、末端から先端部に向かって噴射弁２が挿入される取付穴１３と、先端から末端部に向かって窪んで成り噴射弁２の先端が底に配置される窪み１４と、を有し、噴射弁２の噴射軸Ｂが管部１１の管軸Ａに対して鋭角に交差して、噴射弁２から液体が噴射軸Ｂに沿って拡径する円錐形状に噴射される排気管１０において、窪み１４は液体の円錐形状よりも頂角が大きい円錐台形状を成し、窪み１４の最も外側の外端１４ａと窪み１４から一続きの管部１１の内壁面の外端１１ａとが直線状である。【選択図】図２
Description
本発明は、排気管に関し、より詳細には、噴射弁が取り付けられる取付部を備えた排気管に関する。
排気管内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を取り付ける取付部を備えた排気管が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、排気管内に噴射弁から燃料などの液体を直接噴射する場合に、排気の流れに沿うように噴射することが望ましく、排気管の管軸と噴射弁の噴射軸とが平行であることが望ましい。しかし、構造上、噴射弁の噴射軸を排気管の管軸と平行することは難しい。また、噴射弁から噴射された液体は噴射軸に沿って拡径する円錐形状に広がることから、排気管の壁面に付着し易くなっている。
上記の特許文献１に記載の発明のように、燃料噴射弁の噴射軸と排気管の管軸とのなす角が大きくなると、噴射弁から噴射されて微粒化した液体が排気管の壁面に付着して、壁面で液化するという問題がある。排気管の壁面で液体が液化すると、下流側に配置された排気後処理装置にその液化した液体が付着するおそれがある。
本開示の目的は、排気管内に直接噴射された液体が排気管の壁面に付着することを防止する排気管を提供することである。
上記の目的を達成する本発明の一態様の排気管は、筒状を成す管部と、前記管部の中途位置で前記管部の内部に先端部が突出するとともに前記管部の外部に末端部が突出した柱状を成す取付部と、が一体化した二股状を成し、前記取付部が、末端から先端部に向かって噴射弁が挿入される取付穴と、先端から末端部に向かって窪んで成り前記噴射弁の先端が底に配置される窪みと、を有し、前記噴射弁の噴射軸が前記管部の管軸に対して鋭角に交差して、前記噴射弁から液体が前記噴射軸に沿って拡径する円錐形状に噴射される排気管において、前記窪みは前記液体の円錐形状よりも頂角が大きい円錐台形状を成し、前記窪みの最も外側の外端と前記窪みから一続きの前記管部の内壁面の外端とが直線状であることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、窪みの壁面と管部の内壁面とが真っ直ぐに並ぶことで、噴射弁から噴射されて円錐形状に広がる液体が窪みの壁面および管部の内壁面の両方に付着しない状態で、噴射弁の噴射軸と管部の管軸とのなす角を最も小さくすることができる。これにより、噴射弁から噴射されて円錐形状に広がる液体を排気の流れに沿わせることが可能となり、噴射弁に対向する管部の内壁面への液体の付着を防止することができる。その結果、噴射された液体の液化を防止できる。
以下に、本開示における排気管の実施形態について説明する。図中において、Ｚ方向は鉛直方向を示し、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれはＺ方向に直交する平面において直交する方向を示す。一点鎖線は管部１１の管軸Ａを示し、二点鎖線は噴射弁２の噴射軸Ｂを示す。本開示において管軸Ａは管部１１の屈曲に合わせて屈曲する場合があり、直線に限定されず、噴射軸Ｂは直線とする。図中の白抜き矢印は排気の流れを示す。図中では、構成が分かり易いように部材の寸法を変化させており、必ずしも実際に製造するものとは一致させていない。以下、上流端は管部１１の両端のうちの排気の流れに関して上流側の一端を示し、下流端は排気の流れに関して下流側の他端を示す。また、先端は取付部１２および噴射弁２の両端のうちの排気管１０の内部側に存在する一端を示し、末端は排気管１０の外側に存在する他端を示す。
図１に例示するように、実施形態の排気管１０は、エンジンから排出された排気が流れる排気通路１の一部を構成し、図示しないエンジンと図示しない酸化触媒装置との間に配置される。なお、排気の流れに関してエンジンは排気管１０よりも上流側に配置され、酸化触媒装置は排気管１０よりも下流側に配置されて未然の燃料を酸化するものとする。排気管１０は、管部１１と取付部１２とが一体化した二股状を成し、取付部１２に排気に燃料を噴射する噴射弁２が取り付けられる。噴射弁２は噴射軸Ｂが管部１１の管軸Ａに鋭角に交差して、燃料を噴射軸Ｂに沿って拡径する円錐形状に噴射する。本開示において、噴射軸Ｂと管軸Ａとが鋭角に交差するとは、噴射軸Ｂと管軸Ａとのなす角が直角ではないことを意味する。
噴射弁２は先端に形成された図示しない噴射口から燃料を噴射軸Ｂに噴射する。噴射弁２から噴射された燃料は微粒化する目的もあり、噴射軸Ｂに沿って遠ざかる方向に拡径した円錐形状に広がる。噴射された燃料の円錐形状の広がり、つまり、円錐形状の頂角は、噴射弁２の仕様により適宜、変更可能である。
本開示において、一体化とは管部１１と取付部１２とが別体で組み合わされたものではなく、一体に成型された状態を示す。管部１１と取付部１２とが一体化した排気管１０の製造方法としては、ロストワックス鋳造が例示される。二股状とは、管部１１の中途位置に取付部１２が配置され、管部１１からＹ字状に取付部１２が枝分かれした状態を示す。
図２に例示するように、管部１１は、上流端が選択的還元触媒装置３の下流端に接続され、下流端が図示しない酸化触媒装置に連通する。管部１１は、所定の流通面積を有して、上流端および下流端の両端が開口した円管状を成す。
図３に例示するように、取付部１２は、管部１１の中途位置で、その先端が管部１１の内部に突出し、その末端が管部１１の外部に突出する。取付部１２は、噴射弁２の噴射軸Ｂに軸方向が向いた円柱状を成し、末端が噴射軸Ｂに対して垂直であるのに対して先端が噴射軸Ｂに対して斜めに傾く。取付部１２の形状は円柱状に限定されるものではなく、多角柱状でもよい。取付部１２は、取付穴１３、窪み１４、冷却通路１５、入口１６、および、出口１７、を有する。
取付穴１３は、取付部１２の末端から先端部に形成された窪み４の底まで延在する穴であり、噴射弁２の外周形状と同等の形状を成す。本実施形態の噴射弁２は先端部と末端部とで径が異なり、先端部が末端部に比して細い形状を成しており、取付穴１３も同様に先端側の穴径が末端側の穴径よりも小さい形状を成す。取付穴１３の形状は実施形態の形状に限定されるものではなく、噴射弁２の外周形状に伴って適宜、変更可能である。
窪み１４は、取付部１２の先端から末端部の取付穴１３の先端まで向かって窪んで成り、その底に噴射弁２の先端が配置される。窪み１４は噴射軸Ｂに沿って縮径する円錐台形状を成す。本開示において、円錐台形状とは、噴射軸Ｂを回転軸として末端側に頂点が位置する円錐形状を、取付部１２の先端を下底面とするとともに噴射弁２の先端を上底面として切り取った形状を成す。窪み１４の円錐台形状の頂角は噴射弁２から噴射された液体の円錐形状の頂角よりも大きい。窪み１４の円錐台形状の頂角は液体の円錐形状の頂角に対して大きければ大きいほど、窪み１４に排気が流れ込み易くなる。そこで、窪み１４の円錐台形状の頂角は噴射された液体の円錐形状の頂角よりも大きいが、その液体の円錐形状の頂角に近づけることが好ましく、５度未満がより望ましい。
冷却通路１５は、取付部１２の先端側の内部に形成され、噴射弁２の先端部を環状に包囲して成る。冷却通路１５は取付部１２の外周に形成された入口１６および出口１７と連通し、入口１６から流入した冷媒が出口１７から流出するように仕切られる。冷却通路１５を流れる冷媒は図示しないエンジンの冷却水や潤滑油が例示される。冷却通路１５は仕切りの代わりに環周方向の一端が入口１６に連通し、他端が出口１７に連通する構造でもよい。
図２に例示するように、窪み１４の最も外側の外端１４ａと窪み１４に一続きの管部１１の内壁面の外端１１ａとは直線状である。外端１４ａは窪み１４の壁面で最も外側に位置する箇所を示し、窪み１４の円錐台形状の母線で最も外側に位置するものを示す。外端１１ａは窪み１４に一続きの内壁面のうちで管軸Ａから最も外側に離間した箇所を示す。なお、一続きとは窪み１４の壁面と管部１１の内壁面とが途切れることなく続いた状態を示す。本開示において、直線状とは外端１４ａと外端１１ａとが同一直線上になることを含み、外端１４ａと外端１１ａとのなす角が１０度未満の状態も含むものとする。ただし、外端１４ａに対して外端１１ａが排気管１０の内部に位置した状態は除くものとする。
冷却通路１５の先端側の底部１８は、窪み１４の底、つまり、噴射弁２の先端よりも取付部１２における先端側に配置される。冷却通路１５の先端側は、窪み１４の周囲を環状に包囲して成る。噴射軸Ｂを通る平面における断面図において、冷却通路１５の先端側は通路の一方の面が窪み１４に沿うことで末端側から先端側に向かって窄まった形状を成す。
冷却通路１５の少なくとも一部は取付部１２の先端部のうちの管部１１の内部に突出した部分に形成される。本開示で、管部１１の内部に突出した部分は、管部１１と取付部１２とが一体化した部分において、管部１１の内壁面が存在していた仮想内壁面Ｃよりも内側に存在する部分である。--
取付部１２の先端部のうちの管部１１の内部に突出した部分の外周面は流線型状である。突出した部分の外周面は取付部１２が円柱状を成すことから円柱面の一部で構成される。
排気管１０の取付部１２の取付穴１３に挿入された噴射弁２から、排気の流れに関して上流側から下流側に向かう方向に噴射された燃料は噴射軸Ｂに沿って拡径した円錐形状に広がる。この円錐形状に広がった燃料は、窪み１４や管部１１の内壁面に触れることなく排気に混合されて、下流に配置された酸化触媒装置まで到達する。
以上のように、本開示の排気管１０は排気が流れる管部１１と噴射弁２が取り付けられる取付部１２とが一体的に成型され、さらに、取付部１２に冷却通路１５が形成された構成である。これにより、それぞれを別体で組み合わせたものに比して、部品点数を削減できることに加えて、別体同士を締結する締結具の削減により軽量することができる。
排気管１０は取付部１２が冷却通路１５を有することで、噴射弁２の先端部を冷却することができる。これにより、排気の熱により噴射弁２の先端に形成された噴射口が燃料の炭化により詰まることを防止することができる。
排気管１０は窪み１４の壁面と窪み１４と一続きの管部１１の内壁面とが真っ直ぐに並ぶ構造である。それ故、噴射弁２から噴射されて円錐形状に広がる燃料が窪み１４の壁面および管部１１の内壁面の両方に付着せずに、噴射弁２の噴射軸Ｂと管部１１の管軸Ａとのなす角を最も小さくすることができる。
これにより、噴射弁２から噴射されて円錐形状に広がる液体を排気の流れに極力沿わせることが可能なり、噴射弁２に対向する管部１１の内壁面への液体の付着を防止することができる。その結果、噴射された液体の液化を防止するには有利になり、下流側に配置された酸化触媒装置などの排気後処理装置の排気の後処理に不具合が生じる事態を回避することができる。
また、噴射軸Ｂと管軸Ａとのなす角を最も小さくすることで、排気が窪み１４の内部に回り込むことを抑制することができる。これにより、噴射弁２への熱影響を低減するには有利になり、噴射弁２の噴射口の炭化による詰まりを防止することができる。
排気管１０は冷却通路１５の先端側の底部１８が窪み１４の底よりも取付部１２の先端側に配置される構成である。つまり、その底部１８は噴射弁２の先端よりも先端側に配置されており、噴射軸線方向において噴射弁２の先端は冷却通路１５の中途位置に配置される。それ故、冷却通路１５を流れる冷媒により噴射弁２を排気の熱害から保護するには有利になる。これにより、噴射弁２の噴射口の炭化による詰まりをより効果的に防止することができる。
排気管１０は冷却通路１５の一部が取付部１２の先端部のうちの管部１１の内部に突出した部分に形成される。この取付部１２の管部１１の内部に突出した部分は、排気と衝突する箇所となることから、排気により温度が上昇し易い。この部分に冷却通路１５が形成されることで、噴射弁２を排気による熱害から保護するには有利になる。
排気管１０は取付部１２の先端部のうちの管部１１の内部に突出した部分の外周面が流線型状である。これにより、その突出した部分による排気抵抗の増加を抑制するには有利になる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の排気管１０は特定の実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
排気管１０の取付部１２に取り付けられる噴射弁２は排気通路１４を流れる排気に燃料を供給するものに限定されず、排気に尿素水などの還元剤を供給するものにも適用可能である。
排気管１０の配置位置は選択的還元触媒装置３の下流側に限定されるものではなく、排気の流れに関して噴射弁２から噴射された液体を利用する装置の上流側であればよい。例えば、噴射弁２から尿素水が噴射される場合に、排気管１０は選択的還元触媒装置３の上流側に配置されてもよい。また、例えば、噴射弁２から燃料が噴射される場合に、排気管１０はＮＯｘ吸蔵型還元触媒装置の上流側に配置されてもよい。
１ 排気通路
２ 噴射弁
１０ 排気管
１１ 管部
１１ａ 管部の内壁面の外端
１２ 取付部
１３ 取付穴
１４ 窪み
１４ａ 窪みの外端
１５ 冷却通路
２ 噴射弁
１０ 排気管
１１ 管部
１１ａ 管部の内壁面の外端
１２ 取付部
１３ 取付穴
１４ 窪み
１４ａ 窪みの外端
１５ 冷却通路
上記の目的を達成する本発明の一態様の排気管は、筒状を成す管部と、前記管部の中途位置で前記管部の内部に先端部が突出するとともに前記管部の外部に末端部が突出した柱状を成す取付部と、が一体化した二股状を成し、前記取付部が、末端から先端部に向かって噴射弁が挿入される取付穴と、先端から末端部に向かって窪んで成り前記噴射弁の先端が底に配置される窪みと、を有し、前記噴射弁の噴射軸が前記管部の管軸に対して鋭角に交差して、前記噴射弁から液体が前記噴射軸に沿って拡径する円錐形状に噴射される排気管において、前記取付部の先端部のうちの前記管部の内部に突出した部分は、前記管部の内壁面が存在していた仮想内壁面よりも前記管部の内側に存在して、前記管部の流路面積を狭くしており、前記窪みは、前記取付部の先端部のうちの前記管部の内部に突出した部分に形成されていて、前記液体の円錐形状よりも頂角が大きい円錐台形状を成し、前記窪みの最も外側の外端と前記窪みから一続きの前記管部の内壁面の外端とが直線状であることを特徴とする。
Claims (4)
- 筒状を成す管部と、前記管部の中途位置で前記管部の内部に先端部が突出するとともに前記管部の外部に末端部が突出した柱状を成す取付部と、が一体化した二股状を成し、前記取付部が、末端から先端部に向かって噴射弁が挿入される取付穴と、先端から末端部に向かって窪んで成り前記噴射弁の先端が底に配置される窪みと、を有し、前記噴射弁の噴射軸が前記管部の管軸に対して鋭角に交差して、前記噴射弁から液体が前記噴射軸に沿って拡径する円錐形状に噴射される排気管において、
前記窪みは前記液体の円錐形状よりも頂角が大きい円錐台形状を成し、前記窪みの最も外側の外端と前記窪みから一続きの前記管部の内壁面の外端とが直線状であることを特徴とする排気管。 - 前記取付部はその内部に前記噴射弁の先端部を環状に包囲する冷却通路が形成され、前記冷却通路の先端側の底部は前記窪みの底よりも前記取付部の先端側に配置される請求項１に記載の排気管。
- 前記冷却通路の少なくとも一部は前記取付部の先端部のうちの前記管部の内部に突出した部分に形成される請求項２に記載の排気管。
- 前記取付部の先端部のうちの前記管部の内部に突出した部分の外周面は流線型状である請求項１～３のいずれか１項に記載の配管。
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